DE2906681C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anzeigen einer Bewegung von Objekten innerhalb einer zu überwachenden Zone gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und dem des Patentanspruchs 2.

Ein entsprechender Gegenstand ist aus der DE-AS 24 11 634 bekannt. Bei diesem bekannten Gegenstand handelt es sich um ein Überwachungssystem zum Feststellen einer Bewegung bzw. einer Veränderung in einer vorgegebenen Zone mittels mehrerer Kameras, deren jeweils aufgenommenes Einzelbild jeweils in einer bestimmten Reihenfolge mit einem von derselben Kamera zu einem früheren Zeitpunkt aufgenommenen Einzelbild in einem Differenzsignaldetektor verglichen wird. Überschreitet die Veränderung des Bilds einen Schwellenwert, so löst der Differenzsignaldetektor ein Alarmsignal aus. Bei diesem System kann nicht die Größe des bewegten Gegenstands erfaßt werden. Ist z. B. ein sehr kleiner Gegenstand in der Nähe der Kamera, so kann trotzdem der Schwellenwert überschritten werden, obwohl es nicht beabsichtigt ist.

Ein anderes entsprechendes Bewegungsdetektionssystem ist in der US-PS 24 93 543 beschrieben und wird hauptsächlich auf dem Gebiet des Diebstahl- oder Überfallschutzes von Räumen angewandt.

Einfache moderne Überwachungssysteme sind im allgemeinen ziemlich ortsgebunden (beispielsweise Geräte mit IR-Strahlung) und lassen sich von Personen, die über die Wirkungsweise der Anordnung Kenntnis haben, leicht umgehen. Die Wirksamkeit derartiger Systeme ist folglich oft mangelhaft.

Zum Überwachen einer großen Zone können bekanntermaßen aufwendige Systeme Anwendung finden, die eine oder mehrere Kameras benutzen. Diese erfordern jedoch oft das Vorhandensein einer überwachenden Person zum Auswerten des Resultats der Beobachtung und zum Treffen der geeigneten Entscheidungen. Weiterhin ist es bekannt, automatische Detektionssysteme vom Radartyp zu benutzen, die mit einer sehr hohen Frequenz arbeiten. Diese Systeme sind jedoch für Streusignale empfindlich und verursachen dadurch unangebrachte Reaktionen.

Kein einziges bereits existierendes Überwachungssystem kann eine Selektion zwischen beweglichen Gegenständen in der Überwachungszone machen, wobei die Abmessungen in Betracht gezogen werden (Der Ausdruck "Gegenstand" soll hier im weitesten Sinn aufgefaßt werden: es kann sich um eine Person, ein Tier oder ggf. um jeden Gegenstand handeln, der eine bestimmte Bewegung unter Einfluß einer bestimmten Wirkung macht). Bei diesen Systemen gibt es nicht nur die Möglichkeit, daß sie in Funktion treten, wenn eine Person diese Zone betritt, sondern auch unbeabsichtigt, insbesondere beim Vorbeigehen eines Tiers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben und eine Vorrichtung zu schaffen, um die Unterschiedlichkeit aufeinanderfolgender Bilder und damit das die Bewegung eines Objekts ausdrückende Maß weitgehend unabhängig vom Ort des bewegenden Objekts nur durch die Größe dieses Objekts und dem Betrag der Geschwindigkeit des Objekts bestimmt zu erhalten.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 2 gelöst.

Das Verfahren umfaßt im wesentlichen zwei Kameras, zwei Verarbeitungsstufen und einen gemeinsamen Zähler. Die Kameras senden jeweils der zugeordneten Verarbeitungsstufe Rastersignale, die den beobachteten Bildern entsprechen. Jede Verarbeitungsstufe vergleicht Signalwert nach Signalwert in den Rastersignalen, die sie empfängt, entsprechend einem regelbaren vorbestimmten Rhythmus. Sie sendet danach dem Zähler Vergleichssignale zu, deren Anzahl der Größe der beobachteten Bewegung durch Vergleich der Rastersignale proportional ist. Wenn die Summe der beiden von der Einschaltstufe erhaltenen Anzahlen größer ist als ein Schwellenwert, der in einer dem Zähler nachgeordneten Schwellenschaltung vorhanden ist, wird ein Kontrollsignal ausgelöst.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist das Kennzeichen auf, daß gegenüber der zu überwachenden Zone mindestens zwei Kameras in entgegengesetzter Richtung zueinander angeordnet sind.

Eine bevorzugte Ausführungsform mit mehr als zwei Kameras weist das Kennzeichen auf, daß das System vier Kameras enthält, die aufeinanderfolgend rechtwinklig und zu der zu überwachenden Zone weisend angeordnet sind.

Das Resultat der Zusammenfügung der Vergleichssignale läßt sich am einfachsten anhand einer Vorrichtung mit zwei Kameras, die mehr oder weniger in entgegengesetzter Richtung angeordnet sind, erläutern.

Wenn der Fall betrachtet wird, bei dem sich ein Gegenstand nahezu parallel zu der Achse bewegt, die die beiden einander gegenüberliegend angeordneten Kameras verbindet, und wenn dieser Gegenstand sich von der einen Kamera entfernt, dann nähert er sich der anderen und umgekehrt. Die Summe der gesamt gezählten Einzelsignale, die von einem Zähler einer selektiven Einschaltstufe gezählt werden, ändert sich bei zwei Kameras weniger mit dem Abstand zwischen dem beweglichen Gegenstand und jeder Kamera als bei dem Vorhandensein nur einer einzigen Kamera, denn die Anzahl der Vergleichssignale, die beispielsweise von einer ersten Verarbeitungsstufe abgegeben wird, welche mit der ersten Kamera verbunden ist, der sich der Gegenstand nähert, wird durch die Anzahl der Vergleichssignale ausgeglichen, die von der anderen Verarbeitungsstufe an den Zähler abgegeben werden.

In einer verbesserten Ausführungsform umfaßt die Erfindung eine Anordnung zum Neutralisieren des Einflusses der gegenseitigen Abstände zwischen dem beweglichen Gegenstand in der überwachten Zone und jeder Kamera auf das Ergebnis der gezählten Gesamtzahl der Vergleichssignale. Diese Anordnung ist mit einer Verwertungsschaltung versehen, die geeignet ist, dem Zähler den Wert der Anzahl der Vergleichssignale zu entnehmen, die sequentiell bzw. simultan von einer gemeinsamen bzw. von zwei einzelnen Verarbeitungsstufen abgegeben worden sind. Die Verwertungsschaltung bestimmt einen Koeffizienten in Abhängigkeit der auf diese Weise entnommenen beiden Werte, der dem mathematischen Ausdruck der Gesamtzahl der Vergleichssignale umgekehrt proportional ist und am Ausgang des Zählers als Funktion der gegenseitigen Abstände vorhanden ist. Die Abstände zwischen dem beweglichen Gegenstand und jeder Kamera sind orthogonal auf die Achse, die die beiden Kameras verbindet, projiziert. Die Verwertungsschaltung weist ferner eine Korrekturschaltung auf, die geeignet ist, diesen Ausdruck für die Gesamtzahl der Vergleichssignale mit dem Koeffizienten zu multipli­ zieren.

Durch die völlige Unterdrückung des Einflusses des Abstands zwischen dem beweglichen Gegenstand und den Kameras auf das Ergebnis der Zählung ist es möglich, den Schwellenwert genau den Abmessungen des Gegenstands entsprechen zu lassen, unter dem man die Funktion der Kontrollanordnung nicht wünscht. Die auf diese Weise verwirklichte Überwachungsvorrichtung erzeugt auf zweckmäßige Weise das Einschalten der Kontrollanordnung, wenn sich ein Gegenstand in der überwachten Zone befindet und sich darin bewegt, allerdings nur dann, nachdem geprüft wurde, ob die Abmessungen des Gegenstands größer sind als der vorgegebene Schwellenwert. Ein nicht rechtzeitiges Einschalten, das bei den bereits bekannten Überwachungssystemen möglich ist, ist ausgeschlossen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung der Erfindung sind in den Unteransprüchen 3 bis 6 gekenn­ zeichnet.

Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung,

Fig. 2 ein Beispiel für die Benutzung der nacheinander von einer Detektionsstufe abgegebenen Rastersignale,

Fig. 3 die von den Kameras der Überwachungsvorrichtung nach Fig. 1 überwachten Zone,

Fig. 4 eine grafische Darstellung der Kurve der Gesamtzahl der Vergleichssignale als Funktion des Orts eines beweglichen Gegenstands, der in der überwachten Zone von dem Überwachungssystem nach Fig. 1 detektiert worden ist, und

Fig. 5 eine Anordnung zum Neutralisieren des Einflusses des Abstands zwischen dem Gegenstand und den Kameras auf das Zählergebnis, wobei diese Anordnung in einer selektiven Einschaltstufe des Überwachungssystems nach Fig. 1 angeordnet ist.

Die in Fig. 1 dargestellte Überwachungsvorrichtung dient zum Beobachten von Bewegungen, die innerhalb einer überwachten Zone 1 auftreten können. Die zu überwachende Zone kann ein Raum sein, der vor Diebstahl oder Einbruch (Wohnung, Kasse einer Bank) geschützt werden muß, oder in einem Museum die unmittelbare Nähe eines ausgestellten wertvollen Gegenstands, oder aber die Zone, die eine Hochspannungsanlage oder gefährliche Materialien umgibt.

Die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung besteht aus Detektionsstufen 2 bzw. 22, Verarbeitungsstufen 3 bzw. 23 und einer selektiven Einschaltstufe 4, die miteinander verbunden sind und untenstehend im einzelnen beschrieben werden.

Die Detektionsstufe 2 besteht aus einer Taktimpulsschaltung 5, einem Synchronsignalgenerator 6, der durch diese Taktimpulsschaltung 5 gesteuert wird, und einer Kamera 7 zum Umwandeln des von dieser Kamera aufgenommenen Bilds in elektrische Signale in von diesem Generator bestimmten Intervallen. Diese Signale werden dadurch erhalten, daß das beobachtete Bild zeilenweise abgetastet wird, wobei jede dieser Zeilen eine bestimmte Anzahl nacheinander beim Abtasten analysierter Punkte selektiert (auf die Art und Weise einer Bewertung). Jedem Punkt, der entsprechend dieser Abtastung analysiert wird, entspricht ein analoges Ausgangssignal, dessen Amplitude von der von dem beobachteten Bild herrührenden Lichtstärke abhängig ist. Die gesamte Anzahl von Punkten und folglich die gesamte Anzahl analoger elektrischer Signale, die nach dieser Abtastung erhalten werden, hängt mit der Auflösung der Kamera zusammen. In einer teureren Ausführungsform der Überwachungsvorrichtung benutzt man beispielsweise eine Kamera, die das Bild in 50 Zeilen zu je 50 Punkten abtastet; die Anzahl der Zeilen und Punkte je Zeile kann jedoch verschieden sein, abhängig von der gewünschten Auflösung. Weiterhin wird in dieser Beschreibung und nur zur Vereinfachung derselben vorausgesetzt, daß das Abtasten zeilenweise erfolgt und kein Zeilensprungverfahren angewandt wird, wie dies normalerweise beim Fernsehen der Fall ist. Die abgetasteten elektrischen Signale, die nach jedem Abtasten eines Bilds vorliegen, werden als Rastersignal bezeichnet. Die Kamera liefert periodisch aufeinanderfolgende Rastersignale, die aufeinanderfolgenden, beobachteten Bildern entsprechen. Die Folgefrequenz der Rastersignale bzw. die Rasterfrequenz ist im allgemeinen 25 oder 50 Raster/ Sekunde, kann aber auch anders sein.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt die gewählte Frequenz 25 Raster/Sekunde und jedes Rastersignal umfaßt eine feste Anzahl von 2500 analogen elektrischen Signalen, die 2500 Punkten entsprechen, die beim Abtasten eines Bildes nacheinander untersucht werden, d. h. in ½₅ Sekunde. Die Taktimpulsschaltung 5 liefert eine Anzahl von Impulsen mit einer Periode von 16 Mikrosekunden, die die Frequenz bestimmt, mit der die analysierten Punkte aufeinanderfolgen (62 500 Hz) bzw. die Abtastfrequenz. Durch Frequenzteilung liefert die Taktimpulsschaltung 5 eine Anzahl von Impulsen mit einer Periode von 800 Mikrosekunden bzw. 0,8 Millisekunden, die die Frequenz bestimmt, mit der die Abtastzeilen aufeinanderfolgen (1250 Hz) bzw. die Zeilenfrequenz. Die Taktimpulsschaltung 5 liefert ebenfalls nach einer zweiten Frequenzteilung eine Anzahl von Impulsen mit einer Periode von 40 Millisekunden, die die Rasterfrequenz (25 Hz) bestimmt. Diese Signale mit 62 500, 1250 und 25 Hz werden dem Synchronsignalgenerator 6 zugeführt, der seinerseits der Kamera 7 Synchronsignale zuführt, um ein genaues Abtasten des beobachteten Bilds zu ermöglichen. Die Abtastfrequenz wird durch das Signal mit 62 500 Hz bestimmt. Deren Übergang von einer abgetasteten Zeile zu der nachfolgenden wird durch das Signal mit 1250 Hz gesteuert, und der Übergang von einem Raster zum nachfolgenden Raster durch das Signal mit 25 Hz. Einfachheitshalber vernachlässigt man in der vorliegenden Beschreibung die Zeiten, die für den Übergang vom Ende einer Zeile zum Anfang der nachfolgenden Zeile und vom Ende eines Rastersignals zum Anfang des nachfolgenden Rastersignals notwendig sind.

Die Verarbeitungsstufe 3, die am Eingang die Rastersignale erhält, die von der Detektionsstufe 2 sequentiell abgegeben werden, umfaßt in Reihe eine Verteilerschaltung 8 für die aufeinanderfolgenden Rastersignale und zwei parallele Kanäle 9 und 10, die von den Rastersignalen durchflossen werden, die diesen durch die Verteilerschaltung 8 zugeführt werden, und eine Vergleichsschaltung 11 mit zwei Eingängen, die mit den Ausgängen der Kanäle 9 und 10 verbunden sind.

Beim Empfang eines bestimmten Rastersignals (das an dieser Stelle als erstes Rastersignal bezeichnet wird), das von der Kamera 7 abgegeben wird, führt die Verteilerschaltung 8 dieses erste Rastersignal in einen der beiden parallelen Kanäle, der als "Speicherkanal" 9 bezeichnet wird. In diesem Kanal 9 befindet sich ein analoger Speicher 12, der das erste Rastersignal erhält und speichert. Beim Empfang eines nachfolgenden Rastersignals (das später als das erste Rastersignal eintrifft und das an dieser Stelle als zweites Rastersignal bezeichnet wird, wobei nicht unbedingterweise dieses Rastersignal dem ersten Rastersignal unmittelbar folgt) richtet die Verteilerschaltung 8 dieses zweite Rastersignal auf den anderen der beiden parallelen Kanäle, der als "direkter Übertragungskanal" 10 bezeichnet wird. Wenn das zweite Rastersignal diesen Übertragungskanal 10 durchfließt, um zum entsprechenden Eingang der Vergleichsschaltung 11 zu gelangen, dann gibt der Speicher 12 die gespeicherten Informationen wieder ab. Das erste Rastersignal gelangt gleichzeitig mit dem zweiten Rastersignal an die entsprechenden Eingänge der Vergleichsschaltung 11. Die Vergleichsschaltung 11 erhält also gleichzeitig an ihren beiden Eingängen Signale derselben Ordnung der ersten und zweiten Rastersignale, die zeitlich verschoben sind. Nachdem diese Rastersignale miteinander verglichen worden sind, gibt die Vergleichsschaltung am Ausgang ein Vergleichssignal ab, wenn - und nur dann - wenn die Signale derselben Ordnung jedes der beiden Rastersignale verschieden sind.

Wenn m die Ordnung des ersten Rastersignals ist (beispielsweise von dem Augenblick, in dem die Überwachungsvorrichtung eingeschaltet wurde) und m+i=n die Ordnung des zweiten Rasters ist, dürfte es einleuchten, daß i dann jeden beliebigen Wert annehmen kann. Wenn beispielsweise zwei um eine fünftel Sekunde verschobenen Rastersignale verglichen werden müssen, wählt man i=5, denn die Rastersignale folgen in der beschriebenen Ausführungsform alle fünfundzwanzigstel Sekunden aufeinander. Dies bedeutet, daß, nachdem das Rastersignal m in den Speicherkanal 9 gelangt und vorübergehend im Speicher 12 gespeichert wird, die Verteilerschaltung 8 die vier nachfolgenden Rastersignale mit der Ordnung m+1, m+2, m+3 und m+4 nicht weiterleitet und erst beim Eintreffen des Rastersignals mit der Rangordnung m+5 die Verteilerschaltung 8 dieses zum Übertragungskanal 10 weiterleitet. Das Vorhandensein eines Rastersignals im Kanal 10 bewirkt das Ausgeben des ersten Rastersignals durch den Speicher 12, ebenso wie den oben detailliert beschriebenen Vergleich. Wenn der Vergleich beendet ist, führt die Verteilerschaltung 8 abermals dieselben Bearbeitungen aus, indem ein neues erstes Rastersignal gewählt wird, beispielsweise mit der Rangordnung p=n+k mit k=3 und ein neues zweites Rastersignal, beispielsweise mit der Rangordnung n+k+i mit i=5. Die ersten Rastersignale, die nacheinander in den Speicherkanal 9 gelangen, haben also Rangordnung m, m+8, m+16, usw., und die zweiten Rastersignale, die nacheinander in den Übertragungskanal 10 gelangen, haben die Rangordnung n (=m+5), n+8, n+16 usw. Ein derartiger Rhythmus der Rastersignale läßt sich leicht durch Frequenzteilung der Taktimpulsschaltung 5 der Detektionsstufe 2 erreichen. Eine Steuerleitung 13 verbindet dazu die Taktimpulsschaltung 5 und die Verteilerschaltung 8. Auf gleiche Weise verbindet eine Steuerleitung 14 die Schaltungsanordnung 5 und den Speicher 12, um letzterem das Ausgeben des ersten Rastersignals zu ermöglichen und dieses Rastersignal in dem Augenblick dem ersten Eingang der Vergleichsschaltung 11 zuzuführen, in dem das zweite Rastersignal den Übertragungskanal 10 durchläuft und am zweiten Eingang der Vergleichsschaltung 11 ankommt.

Fig. 2 zeigt deutlich die Verarbeitung der aufeinanderfolgenden Rastersignale im speziellen, oben beschriebenen Fall. Die Rastersignale m, m+8, m+16 usw. gelangen beispielsweise unter der Voraussetzung in den Speicherkanal 9, daß das Eingeben eines Rastersignals in den Speicher 12 das vorhergehende Rastersignal löscht, bzw. daß das Ausgeben des Rastersignals, das diesem Speicher 12 eingegeben wurde, gleichzeitig den Inhalt des Speichers 12 löscht. Die Rastersignale m+5, m+13, m+21 usw. werden in den Übertragungskanal 10 gegeben. An den beiden Eingängen der Vergleichsschaltung 11 erscheinen gleichzeitig die Rastersignale m und m+5, danach die Rastersignale m+8 und m+13, dann die Rastersignale m+16 und m+21 usw.

Die selektive Einschaltstufe 4, die am Eingang die sequentiellen von der Verarbeitungsstufe 3 abgegebenen Vergleichssignale erhält, umfaßt eine Reihenschaltung aus einem Zähler 15, einer Schwellenschaltung 16 und einer Kontrollanordnung 17. Der Zähler 15 erhält die Vergleichssignale und zählt deren Anzahl. Wenn das am Ausgang des Zählers 15 erhaltene Signal größer ist als ein bestimmter Schwellenwert, der in der Schwellenschaltung 16 gespeichert ist, erscheint am Ausgang der Schwellenschaltung 16 ein Einschaltsignal, das die Kontrollanordnung 17 in Betrieb setzt.

Die Schwellenschaltung 16 kann analog oder digital aufgebaut sein. Im ersten Fall sendet beispielsweise der Zähler 15 eine Reihe von Impulsen zu einem Kondensator, in dem die Amplitudenwerte der Impulse addiert werden, bis die Kondensatorspannung den gewählten Schwellenwert erreicht. Im zweiten Fall wird die Anzahl der vom Zähler 15 abgegebenen Impulse mit der Anzahl der Impulse, die den Schwellenwert bilden, verglichen, deren Anzahl in der Schwellenschaltung 16 gespeichert ist. Das periodische Auf-Null-Bringen des Zählers 15 und der Schwellenschaltung 16 kann beispielsweise mit Hilfe einer, in der Zeichnung nicht dargestellten, Verbindung zwischen der Taktimpulsschaltung 5 und dem Zähler 15 und der Schwellenschaltung 16 erfolgen um zu derselben ein Signal Rastersignalende zu über­ tragen.

Abhängig von den Anforderungen kann eine Kontrollanordnung 17 eine einfache Alarmanordnung sein oder eine Anordnung, die Mittel enthält, um auf die, die Anordnung auslösende Situation zu reagieren, z. B. Rolläden zu schließen. Im Fall einer Alarmanordnung funktioniert diese im allgemeinen auch nach dem Wegfall seiner Ursache weiter. Erst die Handlung einer Person, beispielsweise das Betä­ tigen eines Druckknopfs, unterbricht den Alarm.

Nach der Erfindung enthält die Überwachungsvorrichtung eine zweite Detektionsstufe 22 und eine zweite Verarbeitungsstufe 23, die der ersten Detektionsstufe 2 bzw. der ersten Verarbeitungsstufe 3 entsprechen. Die zweite Detektionsstufe 22 umfaßt eine Taktimpulsschaltung 25, einen Synchronsignalgenerator 26 und eine Kamera 27. Die zweite Verarbeitungsstufe 23 umfaßt eine Verteilerschaltung 28, zwei parallele Kanäle, die aus einem Speicherkanal 29 und aus einem Direkt-Übertragungs- Kanal 30 bestehen und in einer Vergleichsschaltung 31 enden. In dem Speicherkanal 29 ist ein Speicher 32 vorgesehen. Steuerleitungen 33 und 34, die den Leitungen 13 und 14 entsprechen, verbinden die Taktimpulsschaltung 25 mit der Verteilerschaltung 28 bzw. dem Speicher 32. Die Kamera 27 ist in dem Beispiel nach Fig. 1 gegenüber der Kamera 7 der ersten Detektionsstufe 2 angeordnet, praktisch auf der optischen Achse und auf der anderen Seite der zu überwachenden Zone 1 gegenüber der Kamera 7. Stattdessen, daß die Überwachungszone 1 in entgegengesetzter Richtung in einem Winkel von 180° durch die Kameras 7 und 27 beobachtet wird, kann dies auch in anderen Winkeln erfolgen, die jedoch in ausreichendem Maße von 0° abweichen sollen.

Die beiden zusätzlichen Stufen 22 und 23 werden auf dieselbe Art und Weise angeschlossen wie die erste Detektionsstufe 2 und die erste Verarbeitungsstufe 3 und werden folglich nicht nochmals im einzelnen beschrieben. Der Ausgang der zweiten Verarbeitungsstufe 23 ist mit einem zweiten Eingang des Zählers 15 verbunden, der den beiden Stufen 2, 3 und 22, 23 gemeinsam ist. Der Zähler 15 liefert am Ausgang eine Zahl, die der Gesamtanzahl der Vergleichssignale entspricht, die von den beiden Verarbeitungsstufen 2 und 23 abgegeben wird, und diese Zahl wird, ebenso wie obenstehend, in der Schwellen­ schaltung 16 mit einem in dieser Schwellenschaltung 16 vorhandenen Schwellenwert verglichen.

Die Signale, die durch die Stufen 2 und 3 hindurchgehen, und diejenigen, die durch die Stufen 22 und 23 hindurchgehen, sind vorzugsweise synchron. Die Funktionsfähigkeit der Überwachungsvorrichtung ist aber auch gegeben, wenn die Abtastfrequenzen der Signale in den beiden Stufen verschieden sind.

Fig. 4, die die Zone 1 zeigt, die von den Kameras 7 und 27 der Überwachungsvorrichtung nach Fig. 1 überwacht wird, ermöglicht es, die Daten zu bestimmen, die für die Berechnung der Anzahl der vom Zähler 15 gezählten Vergleichssignale von Bedeutung sind. Darin ist:
D = Abstand zwischen den Objektiven O 1 und O 2 der Kameras 7 und 27;
d 1 = Abstand, der senkrecht auf den Abstand D zwischen einem beweglichen Gegenstand M und der Kamera 7 projiziert wird;
d 2 = Abstand, der senkrecht auf den Abstand D zwischen diesem Gegenstand M und der Kamera 27 projiziert wird (also d 1+d 2=D);
a = d 1/D = 1-d 2/D (der Koeffizient liegt zwischen 0 und 1);
B = Abmessung des Gegenstands M senkrecht zum Abstand D;
N = Gesamtanzahl Punkte einer abgetasteten Zeile;
Y 1 = Breite der überwachten Zone 1 im Abstand d 1 von der Kamera 7;
Y 2 = Breite der überwachten Zone 1 im Abstand d 2 von der Kamera 27;
z = halber Winkel, in dem die überwachte Zone 1 von jeder der Kameras 7 und 27 gesehen wird.

Als N 1 und N 2 werden nun die Anzahlen der Punkte einer Zeile bezeichnet, die durch die Kamera 7 mit dem Objektiv O 1 abgetastet werden, und die Punkte einer Zeile, die von der Kamera 27 mit dem Objektiv O 2 abgetastet werden, die mit der aufgenommenen Größe des beweglichen Gegenstands übereinstimmen. Diese Anzahlen N 1 und N 2 werden nach Vergleich des Rastersignals erhalten, der punktweise in bezug auf die Verarbeitungsstufen 3 und 23 durchgeführt wird. Diese Anzahlen entsprechen den Anzahlen der Vergleichssignale, die von den Verarbeitungsstufen abgegeben werden. Es wird vorausgesetzt, daß Nt die Gesamtanzahl der der Schwellenschaltung 16 zugeführten gezählten Vergleichssignale darstellt, dabei gilt:

Wenn der konstante Teil von N 1+N 2 durch eine Konstante C ersetzt wird, erhält man

Es stellt sich also heraus, daß die Gesamtanzahl Nt der Vergleichssignale, die dem Zähler 15 von den Verarbeitungsstufen 3 und 23 geliefert wird, auf sehr einfache Weise als Funktion der Abstände d 1 und d 2 ausgedrückt werden kann oder, was dasselbe ist, des Koeffizienten . Diese Funktion Nt=f (a) ist vom bekannten Typ. Die graphische Darstellung davon in der Form von Nt/C, die in Fig. 4 dargestellt wird, umfaßt einen zentralen flachen Teil und zwei, sich symmetrischen Asymptoten annähernde Teile, wobei die Asymptoten durch die geraden Linien a=0 und a=1 gegeben sind. Die auf diese Weise dargestellte Kurve entspricht einem bestimmten Wert der Größe B des Gegenstands M

Für andere Werte von B erhält man Kurven, die parallel nach unten bzw. nach oben verschoben sind.

Der wesentliche Vorteil der Überwachungsvorrichtung nach Fig. 1 ist, daß die Kameras 7 und 27 derart angeordnet werden, daß die überwachte Zone 1, die von einem beweglichen Gegenstand M durchkreuzt werden kann, dem flacheren zentralen Teil der Kurve Nt/C=f(a) entspricht. Das heißt in der Mitte der Achse zwischen den beiden Kameras und derart, daß a=½ in der Mitte des im wesentlichen nützlichen Überwachungsteils der überwachten Zone 1 liegt. Dadurch wird der Wert Nt/C und folglich die Zahl Nt nur wenig gegenüber dem Abstand zwischen dem beweglichen Gegenstand und den Kameras abweichen. Diese Verbesserung gegenüber Überwachungssystemen mit nur einer Kamera je Zone ist dem Umstand zu verdanken, daß die Zahl N 1 durch die Zahl N 2 ins Gleichgewicht gebracht, oder umgekehrt, daß die Zahl N 2 durch die Zahl N 1 in Gleichgewicht gebracht wird. Hierdurch ändert sich Nt langsamer als Funktion von a als N 1 oder N 2 einzeln (zum Vergleich sind in Fig. 4 die Kurven N 1/C=f (a) und N 2/C=f(a) gestrichelt dargestellt).

In dem gegebenen Beispiel sind gegenüber der Zone 1 die Kameras 7 und 27 in einem Winkel von 180° zueinander angeordnet. Hierzu gehört die bei Fig. 3 und 4 angegebene Berechnung. Eine ähnliche Berechnung kann für andere Winkel durchgeführt werden, die jedoch zur Ausnutzung des günstigen Effekts in ausreichendem Maße vom Winkel von 0° abweichen müssen.

Die in Fig. 1 dargestellte Überwachungsvorrichtung läßt sich dadurch noch verbessern, indem der selektiven Einschaltstufe 4 eine Anordnung 37 (Fig. 5) zugefügt wird. Diese dient zum Neutralisieren des Einflusses der gegenseitigen Abstände zwischen dem beweglichen Gegenstand und jeder Kamera 7 oder 27. Die auf diese Weise geänderte Einschaltstufe 4 in in Fig. 5 dargestellt. Außer dem Zähler 15, der Schwellenschaltung 16 und der Kontrollanordnung 17 umfaßt diese eine Verwertungsschaltung 35 und eine Korrekturschaltung 36, die zusammen die Neutralisierungsanordnung 37 bilden.

Beim Betrachten des oben berechneten Ausdrucks von Nt:

stellt sich heraus, daß das Multiplizieren von Nt durch a · (1-a) oder durch einen Koeffizienten, der dem Wert a(1-a) proportional ist, ausreicht, um Nt von dem Wert von a und folglich von der augenblicklichen Lage des beweglichen Gegenstands mit (Fig. 3), völlig unabhängig zu machen. Weil der Wert von a nicht bekannt ist, muß über die Neutralisierungsanordnung 37 versucht werden, diesen Wert zu bestimmen:

Es läßt sich feststellen, daß a(1-a) unmittelbar als Funktion von N 1 und N 2 ausgedrückt wird. Mit Hilfe von Schaltungsanordnungen bekannter Art (wie Teiler, Umkehranordnungen, Addieranordnungen usw.) genügt das Bestimmen des Ausdrucks:

und für jeden Wert von Nt, der vom Zähler 15 geliefert wird, diesen Wert mit Q zu multiplizieren oder mit einem Koeffizienten proportional Q in einem beliebigen konstanten Verhältnis oder diesen Wert durch 1/Q zu teilen, wenn man den Ausdruck von 1/Q geschätzt hat, zum Erhalten eines Werts von Nt, der von a, d 1 und d 2 völlig unabhängig ist.

Die Rolle der Verwertungsschaltung 35 besteht also darin, aus dem Zähler 15 die Werte N 1 und N 2 von der Anzahl, der von jeder der beiden Bearbeitungsstufen 3 und 23 gelieferter Vergleichssignale zu entnehmen und den Koeffizienten Q als Funktion von N 1 und N 2 zu bestimmen. Die Rolle der Korrekturschaltung 36 besteht aus dem Multiplizieren der Gesamtanzahl Nt mit diesem Koeffizienten Q oder mit einem Koeffizienten, der demselben proportional ist zum Erhalten eines korrigierten Werts Ntq. Dieser Wert Ntq ist von a völlig unabhängig, d. h. von den Abständen zwischen dem beweglichen Gegenstand und jeder Kamera, und ist folglich nur von den wirklichen Abmessungen des detektierten beweglichen Gegenstands abhängig. Die Information über die Lage des Gegenstands, die aus N 1 und N 2 erhalten worden ist, und folglich durch die Existenz zweier verschiedener Gruppen von Stufen 2, 3 und 22 und 23 ermöglicht es, eine Korrekturinformation zu bestimmen, die die Wirkung des Überwachungssystems verbessert. Das Vorhandensein der Neutralisierungsanordnung 37 ermöglicht es nämlich auf sehr zweckmäßige Weise, das nicht erwünschte Ansprechen der Kontrollanordnung 17 zu vermeiden, z. B. infolge des Durchgangs kleiner Tiere in der überwachten Zone 1 oder dergl., das sonst ungewolltes Ansprechen der Kontrollanordnung zur Folge hatte.

Wie in Fig. 1 dargestellt, umfaßt die Überwachungsvorrichtung eine Taktimpulsschaltung (5 und 25) je Detektionsstufe (2 und 22). Es ist jedoch auch möglich, eine einzige Taktimpulsschaltung zu verwenden und einen einzigen Synchrongenerator für die beiden Kameras und eine einzige Schaltungsanordnung zum Verteilen der sequentiell von den beiden Detektionsstufen abgegebenen Rastersignale. Diese einzige Taktimpulsschaltung sorgt gleichzeitig für das Reproduzieren der nacheinander in den Speicherkanälen 9 und 29 der Verarbeitungsstufen 3 und 23 aufgezeichneten Rastersignale. Man verwendet diese Lösung einer einzigen Taktimpulsschaltung des Synchronsignalgenerators und der Verteilerschaltung, wenn die beiden Kameras ausreichend nahe beieinander angeordnet sind, um die gemeinsamen Schaltungsanordnungen benutzen zu können. Dagegen wählt man, wenn das Anordnen der Kamera derart erfolgt, daß eine sehr große Zone überwacht wird und die Kameras sehr weit auseinander liegen, lieber für jede einzelne Kamera eine eigene Taktimpulsschaltung, einen eigenen Synchronsignalgenerator und eine eigene Verteilerschaltung.

Weiterhin gilt, daß das System nach Fig. 1 simultan wirksam ist bei den Verarbeitungsstufen 3 und 23. Die Stufe 23 kann beispielsweise entfallen, wenn die Informationen, die von den Kameras 7 und 27 herrühren, in der Verarbeitungsstufe 3 sequentiell verarbeitet werden.

Obschon die Wahl der zu vergleichenden Rastersignale auf beliebige Weise durchgeführt werden kann (durch eine geeignete Wahl der Rasternummern m, n=m+i, die in der Beschreibung obenstehend erwähnt wurde), stellt es sich heraus, daß zwei Fälle besonders interessant sind. Wenn ein schnell beweglicher Gegenstand oder eine schnell bewegliche Person detektiert werden muß, wird man beispielsweise das Zeitintervall zwischen dem ersten im Speicher aufgezeichneten Rastersignal und dem zweiten Rastersignal, das unmittelbar der Vergleichsschaltung 11 (oder 31) zugeführt wird, vorzugsweise auf einen Wert kleiner als eine Sekunde festlegen. Wenn man dagegen langsamere Bewegungen detektieren will, reicht es, dieses Zeitintervall auf einen Wert größer als eine Sekunde festzulegen.

Für eine Bewegung mit ähnlicher Amplitude, die schnell oder langsam durchgeführt wird durch zwei Gegenstände praktisch gleicher Abmessungen, ist also die Anzahl der Vergleichssignale, die vom Zähler 15 abgegeben und der Schwellenschaltung 16 zugeführt wird, praktisch identisch, was gerade beabsichtigt ist. Während einer vorhergehenden Abtastung der Überwachungsvorrichtung kann man jedoch feststellen, daß die absolute Identität nicht völlig erhalten wird. Das Vorhandensein einer geringen Abweichung ist also nicht störend für das Funktionieren des Überwachungssystems, wenn die Anzahl abgegebener Signale einer Gegenstandsgröße entspricht, die deutlich größer oder deutlich kleiner ist als der Grenzwert zum Einschalten der Kontrollanordnung 17. Wenn dagegen die beiden wenig voneinander abweichenden Anzahlen erhaltener Vergleichssignale in der Nähe des in der Schwellenschaltung 16 aufgezeichneten Schwellenwerts liegen, tritt Zweifel hinsichtlich des Ansprechens auf. Eine der zwei Anzahlen der Vergleichssignale kann nämlich derart sein, daß die Kontrollanordnung 17 eingeschaltet wird, während die andere Anzahl diese Einschaltung nicht herbeiführt. Damit diese Ungewissheit vermieden wird, kann man den Schwellenwert regelbar machen, entweder von Hand oder dadurch, daß eine Anordnung vorgesehen wird, die automatisch den Schwellenwert ändert, wenn das Zeitintervall zwischen dem ersten und dem zweiten Raster sich ändert. Diese Regelung macht das Einschalten für eine gleiche Abmessung des beweglichen Gegenstands möglich, ob es eine Detektion schneller oder langsamer Bewegungen an­ belangt.

Es dürfte einleuchten, daß die obenstehend beschriebene Überwachungsvorrichtung auf sehr zweckmäßige Weise unrichtige Einschaltungen vermeidet. Diese Zuverlässigkeit in der Wirkungsweise läßt sich dadurch noch vergrößern, daß die Überwachungsvorrichtung für parasitäre Signale unempfindlich gemacht wird, dadurch, daß sobald dies möglich ist, die analogen Rastersignale, die nacheinander am Ausgang der Detektionsstufen 2 und 22 vorhanden sind, in digitale Rastersignale umgewandelt werden. Da diese Technik an sich bekannt ist, wird darauf nicht weiter eingegangen.

Die vorliegende Erfindung beschränkt sich selbstverständlich nicht auf die obenstehend beschriebene und dargestellte Ausführungsform, aus der andere Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung abgeleitet werden können.

Die obenstehend beschriebene Überwachungsvorrichtung führt zwischen beweglichen Gegenständen in der überwachten Zone ausschließlich eine Selektion nach Gegenstandsabmessungen durch, die in einer Richtung praktisch senkrecht zum Abstand D liegen, d. h. entsprechend der scheinbaren Oberfläche dieses Gegenstands bei der verwendeten Kamera bzw. Kameras. Man kann diese Wahl dadurch verfeinern, daß die Überwachung derselben Zone mit einem zusätzlichen Satz zweier Kameras durchgeführt wird, die senkrecht auf den beiden erstgenannten angeordnet sind, und je wie obenstehend, in einer Detektionsstufe eingebaut sind. Diese zusätzlichen Detektionsstufen werden wie obenstehend mit zwei zusätzlichen Verarbeitungsstufen verbunden, die je demselben bereits erwähnten Zähler 15 eine bestimmte Anzahl von Vergleichssignalen (N 3 bzw. N 4) liefern.

Unter diesen Umständen steht die Gesamtanzahl Nt=N 1+N 2+N 3+N 4 der Vergleichssignale, die am Ausgang des Zählers 15 vorhanden sind, im direkten Verhältnis zu einerseits der scheinbaren Oberfläche des beweglichen Gegenstands für die beiden ersten Kameras 7 und 27 und andererseits der scheinbaren Oberfläche desselben Gegenstands für die beiden zusätzlichen Kameras, die senkrecht zu den beiden ersten angeordnet sind. Diese Überwachungsvorrichtung mit vier Kameras liefert eine besonders genaue Anzeige in bezug auf die Abmessungen, weil dies mit Abmessungen des Gegenstands in zwei nahezu senkrechten Ebenen verbunden ist.

In der vorstehenden Beschreibung wurde vorausgesetzt, daß die Vergleichsschaltung 11 (oder 31), die am Ausgang der Kanäle 9 und 10 (29 und 30) vorhanden ist, nur dann Vergleichssignale liefern würde, wenn die Signale derselben Rangordnung der beiden verglichenen Rastersignale verschieden wären. Man kann auch eine Überwachungsvorrichtung verwirklichen, die das komplementäre Prinzip anwendet, d. h. ein System, in dem die Vergleichsschaltung 11 bzw. 31 nur dann Vergleichssignale liefert, wenn die Signale derselben Rangordnung der beiden verglichenen Rastersignale identisch sind. Die Gesamtanzahl der Vergleichssignale wird dann mit dem Schwellenwert der Schwellenschaltung 16 verglichen und verursacht ein Ansprechen der Kontrollanordnung 17 nur, wenn diese Anzahl diesen Wert nicht überschreitet.

Es kann wesentlich sein, daß die Schwellenschaltung 16 abwechselnd verschiedene Kontrollanordnungen (17) steuert, und zwar abhängig von dem Wert der Gesamtanzahl der Vergleichssignale, die vom Zähler 15 gezählt wird. Dazu bringt man in der Schwellenschaltung 16 verschiedene Schwellenwerte an, von denen abhängig die eine oder die andere Kontrollanordnung (17) funktioniert und die untereinander verschoben sind und abhängig vom Gebiet, in dem die Gesamtanzahl der Vergleichssignale sich befindet.

Weiterhin ist es möglich, die Kontrollanordnung 17 mit einer an die Überwachungsvorrichtung angepaßten Fernsehwiedergabeanordnung auszubilden, die nach Bewegungsdetektion ein Kamerasignal zugeführt bekommt.

Claims (7)

1. Verfahren zum Anzeigen einer Bewegung von Objekten innerhalb einer zu überwachenden Zone,

• - wobei mindestens 2 Kameras (7, 27), die jeweils die von ihnen überwachte Zone in einer Folge von Einzelbildern aufnehmen und jeweils ein die Information über ein Einzelbild enthaltendes Ausgangssignal abgeben,
• - mit einer, einen Vergleicher (11, 31) und einen Speicher (12, 32) aufweisenden Verarbeitungsstufe (3, 23), der die Ausgangssignale zugeführt werden,
• - wobei im Speicher (12, 32) jeweils ein die Information über ein Einzelbild enthaltendes Ausgangssignal verzögert wird,
• - im Vergleicher (11, 31) das verzögerte Ausgangssignal einer Kamera mit dem aktuellen Ausgangssignal derselben Kamera verglichen wird,
• - und bei Feststellung eines Unterschieds zwischen beiden Ausgangssignalen vom Vergleicher (11, 31) ein Signal abgegeben wird,

dadurch gekennzeichnet,

• a) daß die mindestens 2 Kameras (7, 27) zur Überwachung ein- und derselben Zone im wesentlichen entgegengesetzt zueinander angeordnet sind,
• b) daß die Kameras (7, 27) jedes Einzelbild als eine Folge von Bildpunkten aufnehmen,
• c) daß jeder Kamera eine eigene Verarbeitungsstufe (3, 23) zugeordnet ist,
• d) daß in jeder Verarbeitungsstufe (3, 23) die entsprechenden Bildpunkte vom gespeicherten und aktuellen Bild verglichen werden,
• e) daß die Vergleicher (11, 31) für jeden unterschiedlichen Bildpunkt ein Signal abgeben,
• f) daß die von den Vergleichern (11, 31) abgegebenen Signale in einem Zähler (15) gezählt werden, und
• g) daß ein Alarmsignal abgegeben wird, wenn die Anzahl der gezählten Signale einen Schwellenwert übersteigt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Anzeigen einer Bewegung von Objekten innerhalb einer zu überwachenden Zone nach Anspruch 1, mit mindestens zwei Kameras (7, 27), die jeweils die zu überwachende Zone in einer Folge von Einzelbildern aufnehmen und je ein die Information über ein Einzelbild enthaltendes Ausgangssignal abgeben an je eine einen Vergleicher (11, 31) und einen Speicher (12, 32) aufweisende Verarbeitungsstufe (3, 23), dessen Speicher (12, 32) je ein Ausgangssignal verzögert und dessen Vergleicher (11, 31) je ein verzögertes mit einem aktuellen Ausgangssignal vergleichen und bei einem Unterschied dieser Ausgangssignale ein Signal abgeben, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Kameras (7, 27) zur Überwachung derselben Zone im wesentlichen entgegengesetzt zueinander angeordnet sind, welche jedes Einzelbild als Folge von Bildpunkten aufnehmen und an die jeweils zugeordnete Verarbeitungsstufe (3, 23) abgeben, welche die entsprechenden Bildpunkte eines gespeicherten und aktuellen Bilds vergleichen und für jeden unterschiedlichen Bildpunkt an einen Zähler (15) ein Signal abgeben, deren Anzahl je Vergleicher (11, 31) proportional zur Größe des bewegenden Gegenstands ist, und daß der Zähler (15) die jeweilige Anzahl zählt und in Abhängigkeit eines Schwellenwerts einer nachgeordneten Schwellenschaltung (16) ein Alarmsignal auslöst.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vier Kameras vorhanden sind, die im wesentlichen rechtwinklig zueinander und zur überwachenden Zone weisend angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung (37) dem Zähler (15) nachgeordnet ist, die eine Verwertungsschaltung (35) enthält, der die im Zähler (15) je Kamera gezählten Vergleichssignale (N 1, N 2) zugeführt werden und die hieraus einen Koeffizienten (Q) bestimmt, und eine Korrekturschaltung (36) enthält, die die Gesamtzahl der Vergleichssignale (Nt) des Zählers (15) mit diesen Koeffizienten (Q) multipliziert.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine gemeinsame Taktimpulsschaltung (5) ein gemeinsamer Synchronsignalgenerator (6) für alle Kameras (7, 27) und eine gemeinsame Schaltungsanordnung (8) zur Erzeugung weiterer für die Verarbeitung erforderlicher Steuersignale vorhanden ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwert in der Schwellenschaltung (16) abhängig von der Verzögerungsdauer des bzw. der Speicher (12, 32) ist.